DE19903681A1 - Verfahren zur Herstellung von aus Flachbandlamellen bestehenden winkelförmigen Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von aus Flachbandlamellen bestehenden winkelförmigen Bauteilen, die zur nachträglichen Verstärkung von Betonbauwerken bestimmt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere in einen Bindemittelfilm (140) eingebettete einlagige Tragfaserschichten breitflächig übereinander auf einen mindestens eine Formkante (148, 152, 155) aufweisenden Formkörper (142, 144, 154) aufgezogen, aufgewickelt oder aufgedrückt und unter der Einwirkung von Druck und Wärme gegeneinander gepreßt und dabei breitflächig miteinander verbunden. Das so gebildete Verbundteil (158) wird nach dem Aushärten des Bindemittels vom Formkörper abgenommen und in die winkelförmigen Bauteile (110) mit vorgegebener Schenkellänge und/oder -breite aufgeteilt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung von aus Flachbandlamellen bestehenden winkel­ förmigen Bauteilen, die zur Verstärkung von lastaufneh­ menden oder lastübertragenden Bauteilen bestimmt sind.

Winkelförmige Verstärkungslamellen dieser Art sind bei­ spielsweise bekannt aus der WO98/32933. Die Flachband­ lamellen weisen eine Vielzahl von parallel zueinander ausgerichtete, biegsame oder biegeschlaffe Tragfasern auf, die in eine Bindemittelmatrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind. Die steifelastische Bindemittelmatrix läßt keine Biegungen mit kleinen Biegeradien zu. Um eine kantenübergreifende Verstärkung von Bauteilen zu ermöglichen, werden vorge­ fertigte Winkellamellen verwendet (WO98/32933), die zwei im Bereich einer quer zur Längserstreckung der Tragfasern verlaufenden Querkante einstückig miteinan­ der verbundene, einen definierten Winkel von 30° bis 150° miteinander einschließende Lamellenschenkel auf­ weisen. Da die zu verstärkenden Bauteilkanten überwie­ gend rechtwinklig ausgebildet sind, schließen die La­ mellenschenkel vorzugsweise einen Winkel von 90° mit­ einander ein. Um über die Querkante hinweg Zugkräfte ohne Bruchgefahr übertragen zu können, wird die Quer­ kante zwischen den Lamellenschenkeln zweckmäßig mit ei­ nem Krümmungsradius von 5 bis 50 mm, vorzugsweise 15 bis 30 mm, gekrümmt ausgebildet. Für die Herstellung derartiger Winkellamellen wurden in der WO98/32933 meh­ rere Möglichkeiten vorgeschlagen:

• - Eine langgestreckte Flachbandlamelle mit durchgehen­ der Bindemittelmatrix wird in einem Zwischenbereich bei einer Temperatur von 300 bis 600°C unter Bildung zweier über eine Querkante miteinander verbundener, einen Winkel miteinander einschließender Lamellen­ schenkel einer Biegepressung ausgesetzt und anschlie­ ßend unter zeitweiliger Aufrechterhaltung der Preß­ kraft auf Gebrauchstemperatur abgekühlt. Bei diesem Verfahren wird als nachteilig empfunden, daß im Kan­ tenbereich außenseitig Zugkräfte und innenseitig Druckkräfte auftreten, die zu einer unerwünschten Verformung und Wellenbildung im Kantenbereich führen können. Dies gilt vor allem beim Biegen von Flach­ bandlamellen mit duroplastischer Bindemittelmatrix.
• - Ein aus Tragfasern bestehender Faserstrang wird auf einem Stützkörper mit quadratischem oder rechteckigem Umriß spiralig aufgewickelt und an diesem im aufge­ wickelten Zustand fixiert. Anschließend wird der auf­ gewickelte Faserstrang unter Bildung der Bindemittel­ matrix mit einem flüssigen Kunstharz getränkt. Das Kunstharz wird dabei unter Bildung eines als Vier­ kantrohr ausgebildeten Verbundmaterialrohrs ausgehär­ tet, das unter Bildung von Winkellamellen mit über Eck in Richtung ihrer Längserstreckung verlaufenden Tragfasern mehrfach quer und längs aufgetrennt wird. Bei dieser Verfahrensweise wird als nachteilig emp­ funden, daß die Tragfasern beim Aufwickelvorgang zu Bruch gehen können und bei der anschließenden Beauf­ schlagung mit Bindemittel unvollständig in die Binde­ mittelmatrix eingebettet werden. Die Festigkeitsei­ genschaften des Endprodukts sind daher erheblichen Schwankungen unterworfen.
• - Eine weitere bekannte Verfahrensweise besteht darin, daß die zunächst eine durchgehende Bindemittelmatrix aufweisende Flachbandlamelle in mindestens einem Zwi­ schenbereich auf Zersetzungstemperatur des Bindemit­ tels erhitzt und dabei die Bindemittelmatrix unter Freilegung der Tragfasern entfernt wird. Die so vor­ bereitete Flachbandlamelle kann mit den freigelegten Tragfasern um eine Festkörperkante gebogen und zuvor oder danach mit flüssigem, aushärtbarem Kunststoff getränkt werden. Auch hier besteht die Gefahr, daß es zu Verletzungen in den freigelegten Tragfasern kommt, die zu Einbußen in der Zugfestigkeit des winkelförmi­ gen Bauteils führen können.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zur Herstellung von aus Flach­ bandlamellen bestehenden winkelförmigen Bauteilen zu entwickeln, dessen Verfahrenserzeugnisse reproduzierba­ re Festigkeitseigenschaften aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zu­ grunde, daß einlagige Schichten aus parallel ausgerich­ teten Tragfasern, die gegebenenfalls mit einem gewissen Anteil Querfasern verwoben sein können, relativ einfach in einen Bindemittelfilm eingebettet werden können, so daß sie ohne Beschädigungsgefahr leichter handhabbar werden. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorge­ schlagen, daß mehrere in einen Bindemittelfilm einge­ bettete einlagige Tragfaserschichten breitflächig über­ einander auf einen mindestens eine Formkante aufweisen­ den Formkörper aufgezogen, aufgewickelt oder aufge­ drückt werden, daß die Bindemittelfilme unter Einwir­ kung von Druck und/oder Wärme gegeneinander gepreßt und dabei breitflächig miteinander verbunden werden und daß das so gebildete Verbundteil nach dem Aushärten des Bindemittels vom Formkörper abgenommen und in winkel­ förmige Bauteile mit vorgegebener Schenkellänge und -breite aufgeteilt wird.

Eine erste Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß die mit den einlagigen Tragfaserschichten bewehrten Bindemittelfilme in zugeschnittener Form an ihrer Bie­ gestelle übereinander über eine Außenkante des Formkör­ pers gezogen werden. Gemäß einer zweiten Lösungsalter­ native werden die mit den einlagigen Tragfaserschichten bewehrten Bindemittelfilme in zugeschnittener Form an ihrer Biegestelle übereinander gegen eine Innenkante des Formkörpers gedrückt.

Vorteilhafterweise ist das duroplastische Bindemittel beim Aufziehen oder Aufdrücken des Bindemittelfilms auf den Formkörper teilweise ausgehärtet und dabei noch klebrig und biegsam. Das duroplastische Bindemittel wird hierbei unter Einwirkung von Druck und Wärme aus­ gehärtet.

Im Falle der Verwendung eines thermoplastischen Binde­ mittels ist der mit den Tragfasern bewehrte Bindemit­ telfilm beim Aufziehen oder Aufdrücken auf den Formkör­ per verformbar und vorzugsweise trocken. Die Bindemit­ telfilme werden unter Einwirkung von Druck und Wärme auf den Erweichungs- oder Schmelzpunkt des Bindemittels erhitzt und miteinander verbunden. Das unter Verwendung eines thermoplastischen Bindemittels hergestellte fer­ tige Bauteil kann jederzeit durch einfaches Erhitzen verformt werden.

Eine weitere Lösungsalternative sieht vor, daß der mit einer einlagigen Tragfaserschicht bewehrte Bindemittel­ film in Form einer Bahn oder eines Bandes mehrlagig auf einen mit Formkanten versehenen Balken aufgewickelt wird, daß die Wickellagen unter Einwirkung von Druck und Wärme flächig miteinander verbunden werden und daß der Wickel nach dem Aushärten des vorzugsweise thermo­ plastischen Bindemittels unter Bildung der winkelförmi­ gen Bauteile in geeigneter Weise aufgetrennt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine als Winkellamelle ausgebildete Flachband­ lamelle in schaubildlicher Darstellung;

Fig. 2 ein mit Tragfasern bewehrter Bindemittelfilm für die Herstellung der Winkellamelle nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Her­ stellung von Winkellamellen nach Fig. 1 unter Bildung von Bindemittelfilmen nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer gegenüber Fig. 3 ab­ gewandelten Vorrichtung zur Herstellung von Winkellamellen unter Verwendung von Bindemit­ telfilmen;

Fig. 5a bis c ein Schema zur Erläuterung eines weite­ ren Verfahrens für die Herstellung von Win­ kellamellen gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Flachbandlamelle ist als vorgefertigte Winkellamelle 110 ausgebildet, die zur Verstärkung von lastaufnehmenden oder lastübertragenden Bauteilen bestimmt ist. Die Winkellamelle 110 weist zwei im Bereich einer quer zur Längserstreckung der Tragfasern 126 verlaufenden, abgerundeten Querkante 130 einstückig miteinander verbundene, einen Winkel von 90° miteinander einschließende Lamellenschenkel 134 auf. Der Krümmungsradius im Bereich der Querkante 130 be­ trägt beispielsweise 5 bis 50 mm. Für die Herstellung der Winkellamellen 110 gibt es verschiedene Möglichkei­ ten:
Alle in der Folge erläuterten Herstellungsvarianten ge­ hen von einem Zwischenprodukt aus, das aus einer einla­ gigen Schicht aus unidirektional, parallel zueinander ausgerichteten Tragfasern 126 besteht, die gegebenen­ falls mit einem gewissen Anteil Querfasern verwoben sind und die in einen Bindemittelfilm 140 eingebettet sind. Als Tragfasern 126 werden vornehmlich Kohlen­ stoffasern verwendet, die sich durch einen hohen Ela­ stizitätsmodul auszeichnen. Die Tragfasern und/oder die Querfasern können aber auch Aramidfasern, Glasfasern, Polypropylenfasern und dergleichen enthalten oder aus diesen bestehen. Das Bindemittel in dem Bindemittelfilm 140 besteht zweckmäßig aus einem Duroplast, beispiels­ weise aus Epoxidharz, Polyurethanharz, Acrylharz oder Polyesterharz, das für die nachfolgend beschriebene Be­ arbeitung zwar schon vorgehärtet, aber noch nicht aus­ gehärtet ist. Der mit den Tragfasern bewehrte Bindemit­ telfilm ist bei der Bearbeitung noch biegsam, das Bin­ demittel ist noch klebrig.

Grundsätzlich ist es möglich, auch thermoplastische Kunststoffe als Bindemittel in dem Bindemittelfilm zu verwenden. Auch in diesem Falle sollte der Bindemittel­ film für die Bearbeitung ausreichend biegsam sein.

Die Fig. 3 und 4 zeigen je einen Formkörper 142, 144 zur Herstellung von Winkellamellen 110 aus geeignet zuge­ schnittenen, mit einer einlagigen Tragfaserschicht 126 bewehrten Bindemittelfilmen 140 der in Fig. 2 gezeigten Art. Der Formkörper 142 nach Fig. 3 weist zwei zueinan­ der senkrechte Formflächen 146 auf, die über eine inne­ re konkave Formkante 148 miteinander verbunden sind. Zur Herstellung einer Winkellamelle werden die tragfa­ serbewehrten Bindemittelfilme 140 in Richtung der Pfei­ le 151 nacheinander gegen die Formflächen 146 und die Formkante 148 gedrückt und dort unter Einwirkung von Druck und Wärme flächig miteinander verbunden. Die Ver­ bindung erfolgt im Falle der duroplastischen Bindemit­ telfilme durch Aushärten des Bindemittels unter der Einwirkung von Druck und Wärme und im Falle der thermo­ plastischen Bindemittelfilme durch Temperaturerhöhung auf Erweichungstemperatur des Bindemittels unter der Einwirkung von Druck und Wärme. Das auf diese Weise hergestellte Verbundteil kann nach dem Aushärten in die Winkellamellen 110 mit den gewünschten Maßen zuge­ schnitten werden.

Der in Fig. 4 gezeigte Formkörper weist zwei zueinander senkrechte Formflächen 150 auf, die über eine äußere, konvexe Formkante 152 miteinander verbunden sind. Zur Herstellung der Winkellamellen 110 werden die mit einer einlagigen Tragfaserschicht bewehrten Bindemittelfilme 140 nacheinander über die Formkante 152 auf die Form­ flächen 150 gezogen, bis die gewünschte Wandstärke er­ reicht ist. Sodann werden die Bindemittelfilme in der vorstehend erläuterten Weise unter der Einwirkung von Druck und Wärme miteinander verbunden und weiterverar­ beitet.

Eine weitere Herstellungsvariante wird anhand der Fig. 5a bis c erläutert: Ein mit einer einlagigen Tragfaser­ schicht 126 bewehrter Bindemittelfilm 140 wird in einer zusammenhängenden Bahn auf einen Formkörper 154 mit quadratischem Querschnitt und Formkanten 155 unter Bil­ dung eines mehrlagigen Wickels 156 aufgewickelt. Sodann werden die übereinanderliegenden Lagen des Wickels un­ ter der Einwirkung von Druck und Wärme miteinander ver­ bunden. Nach dem Aushärten des Bindemittels entsteht ein als Vierkantrohr ausgebildetes Verbundteil 158, das vom Formkörper 154 abgenommen werden kann (Fig. 5b). Das Vierkantrohr kann sodann entlang den Schnittlinien 160 und 162 so aufgetrennt werden, daß Winkellamellen 110 entstehen (Fig. 5c), bei denen die Tragfasern 126 im Sinne der Fig. 1 über die Kante 130 hinweg in Rich­ tung ihrer Längserstreckung verlaufen.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin­ dung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von aus Flachbandlamellen bestehenden winkelförmigen Bau­ teilen, die zur nachträglichen Verstärkung von Beton­ bauwerken bestimmt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren werden mehrere in einen Bindemittelfilm 140 ein­ gebettete einlagige Tragfaserschichten breitflächig übereinander auf einen mindestens eine Formkante 148, 152, 155 aufweisenden Formkörper 142, 144, 154 aufge­ zogen, aufgewickelt oder aufgedrückt und unter der Ein­ wirkung von Druck und Wärme gegeneinander gepreßt und dabei breitflächig miteinander verbunden. Das so gebil­ dete Verbundteil 158 wird nach dem Aushärten des Binde­ mittels vom Formkörper abgenommen und in die winkelför­ migen Bauteile 110 mit vorgegebener Schenkellänge und/oder -breite aufgeteilt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von aus Flachbandlamellen bestehenden winkelförmigen Bauteilen (110), bei welchem eine Vielzahl von parallel zueinander aus­ gerichteten biegsamen oder biegeschlaffen Tragfa­ sern (126), die gegebenenfalls mit Querfasern ver­ woben sind, in einer aushärtbaren Bindemittelmatrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Kunst­ stoff eingebettet und im Bereich einer quer zur Längserstreckung der Tragfasern verlaufenden Quer­ kante (130) unter einem definierten Winkel von 30° bis 150°, vorzugsweise von 90° formhaltig gebogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in ei­ nem Bindemittelfilm (140) eingebettete einlagige Tragfaserschichten (126) breitflächig übereinander auf einen mindestens eine Formkante (148, 152, 155) aufweisenden Formkörper (142, 144, 154) aufgezogen, aufgewickelt oder aufgedrückt werden, daß die Bin­ demittelfilme (140) unter Einwirkung von Druck und/oder Wärme gegeneinander gepreßt und dabei breitflächig miteinander verbunden werden, und daß das so gebildete Verbundteil (158) nach dem Aushär­ ten des Bindemittels vom Formkörper abgenommen und in winkelförmige Bauteile (110) mit vorgegebener Schenkellänge und/oder -breite aufgeteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den einlagigen Tragfaserschichten (126) bewehrten Bindemittelfilme (140) in zugeschnittener Form an ihrer Biegestelle (130) übereinander über eine äußere Formkante (152) des Formkörpers (144) gezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den einlagigen Tragfaserschichten (126) bewehrten Bindemittelfilme (140) in zugeschnittener Form mit ihrer Biegestelle (130) übereinander gegen eine innere Formkante (148) des Formkörpers (142) gedrückt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Bindemittel beim Aufziehen oder Aufdrücken des Bindemittelfilms (140) auf den Formkörper (142, 144) teilweise ausge­ härtet, aber noch klebrig und biegsam ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Bindemittel auf dem Formkör­ per (142, 144) unter Einwirkung von Druck und Wärme ausgehärtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Bindemit­ tel beim Aufziehen oder Aufdrücken des Bindemittel­ films (140) verformbar und vorzugsweise trocken ist, und daß die Bindemittelfilme (140) unter Ein­ wirkung von Druck und Wärme auf die Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Bindemittels erhitzt und miteinander verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die einlagige Tragfaserschicht (126) ent­ haltende Bindemittelfilm (140) in Form einer Bahn oder eines Bandes mehrlagig auf einen mit Formkan­ ten (155) versehenen balkenförmigen Formkörper (154) aufgewickelt wird, daß die Wickellagen unter Einwirkung von Druck und Wärme flächig miteinander verbunden werden und daß der Wickel (156, 158) nach dem Aushärten des vorzugsweise thermoplastischen Bindemittels unter Bildung der winkelförmigen Bau­ teile (110) mit über Eck in Richtung ihrer Längser­ streckung verlaufenden Tragfasern (126) vorzugswei­ se mehrfach quer und längs aufgetrennt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel (158) vor dem Auftrennen vom Form­ körper (154) abgenommen wird.